Пещерные отложения, древние и совр. осадки различного происхождения, формирующиеся в карстовых полостях. Разделяются на автохтонные (возникшие в пещерах) и аллохтонные (образовавшиеся из мат-ла, принес. с поверхности). В свою очередь, автохтонные и аллохтонные отложения подразделяются на след. классы: антропогенные, водные механич., водные хемогенные, гидротерм., гляциогенные (ледяные), обвальные, органогенные, остаточные.
Антропогенные отложения представлены в пещерах и гротах гл. обр. остатками древних материальных культур и являются продуктами жизнедеятельности людей прошлых эпох (от палеолита до средневековья). Такими остатками являются целые и раздробл. кости ж-ных, орудия труда из камня, кости, бронзы и железа, отходы их пр-ва, украшения из камня, раковин, кости и металлов, фрагменты керамич. сосудов, человеч. захоронения и т. д. Эти следы обнаруживаются, как правило, в ближайших к выходу, защищ. от ветра, дождя и доступных солнцу частях пещер и гротов. В пещерах-святилищах (Игнатиевская, Сысоева А. Д. пещера) свидетельства пребывания древних людей обнаружены и в самых дальних, потаенных местах, что диктовалось совершением религ. обрядов и ритуалов. Всего к наст. времени более чем в 50 пещерах, гротах и навесах Чел. обл. обнаружены антропогенные отложения; их изучение представляет большой интерес для археологов и историков. В числе наиб. значит. полостей — Бадера О. Н. пещера, пещеры Большой Жемеряк, Бурановская, Игнатиевская, Каминная (Саткинский район), Колокольная, М. Жемеряк, Сысоева, Притон, Путаная, Смеловская 2, Сухарышская Сквозная 2 (Увельский район); гроты Б. и М. Серпиевские (Катав-Ивановский район), Танцевальный (Саткинский район). В 3 полостях — пещерах Бурановская, Сухарышская Сквозная 2 и гроте Б. Серпиевском — обнаружены погребения древних людей; в пещерах Игнатиевская и Колокольная — рис. палеолитич. возраста. В последнее время в связи с частым посещением пещер области населением, а также бесконтрольным, экологически безграмотным и научно необосн. использованием подземных полостей в туристско-экскурсионных целях в них стали накапливаться различные совр. отложения антропогенного характера (остатки пищи, полиэтилен и бумага, использ. электрич. батарейки, карбид и т. д.), что серьезно нарушает первонач. природное равновесие в пещерах.
Водные механические отложения состоят из аллювия пещерных рек, осадков пещерных озер и аллохтонных галечных, глинистых, песчаных отложений, попавших в полости с поверхности земли через трещины, поноры, органные трубы, колодцы и шахты. Они сложены в осн. песчано-глинистым мат-лом; мощность таких отложений обычно невелика. Под органными трубами образуются глинистые осыпи в виде островерхих конусов выс. до 2—3 м. Исслед. этих отложений дает разнообразную и богатую информ. об условиях формирования карстовых полостей и проводится по 2 направлениям: изучение минералогич. и хим. состава песка и гальки со дна подземных водотоков и изучение размеров и степ. окатанности частиц. Если состав отложений соответствует составу нерастворимого остатка вмещающих пород, то пещера сформирована водами с местного водосбора. И наоборот, если в составе отложений подземных водотоков есть аллохтонные (чуждые) минералы, то питающие водосборы находятся на смежных участках плато или даже на др. горных массивах (напр., отложения пещеры Ериклинской, пещер Айско-Каменского междуречья). Тяжелые фракции заполнителя карстовых полостей представляют собой естеств. обогащ. шлих; в его состав в разных пещерах входит от 20 до 40 различных минералов разных классов (карбиды, карбонаты, окислы, силикаты, сульфиды, фосфаты, фториды). При проведении гранулометрич. анализа водных механич. отложений можно получить сведения об изменениях гидродинамич. условий в различных полостях, определить скорости и расходы образовавших их потоков. Водные механич. отложения присутствуют в пещерах Чел. обл. с древними и совр. постоянными и периодич. водотоками Александровская, Ашинская Яма, Данко, Ериклинская, Каменка, Каменная Балка, Киселёвская, Колыбельная, Комсомольская, Надежда, Огурцова, Сухая Атя, Сухокаменская (Понорная), Шаламовская, Шумиха, Эссюмская]. Особенно ценны и интересны для изучения водные механич. отложения пещер Айско-Каменского междуречья (Саткинский район). В пещере Шумиха, в ее ниж. наклонной части, имеется слой песчано-глинистых отложений подземной реки мощностью до 7—8 м. В ср. и привходной частях этой пещеры обнаружены мощные валуны и гальки от 10 до 30—40 см в поперечнике из песчаника, принес. в полость р. Каменкой со склонов хр. Кукшик — участка водосбора реки на некарстующейся терр.
Водные хемогенные отложения подразделяются на 2 группы: образующиеся в возд. среде (субтерральные) и образующиеся в водной среде (субаквальные). В свою очередь, они делятся на 3 осн. типа: натечные, коломорфные и кристаллитовые. Натечных насчитывается десятки форм различного генезиса, размеров и морфологии. По форме и генезису они подразделяются на 2 группы: сталактитовые (образуются за счет известкового вещества, выделяющегося из капель, висящих на потолке) и сталагмитовые (формируются за счет вещества, выделяющегося из упавших капель). Среди первых выделяют гравитационные (занавесеобразные, конусообразные, пластинчатые, тонкотрубчатые и др.) и аномальные (геликтиты). Аналогичное со сталактитами происхождение имеют занавеси и драпировки, свисающие с потолков пещер: они связаны с инфильтрационными водами, просачивающимися из протяженных трещин. Наиб. распространены конусообразные сталактиты дл. 0,1 — 0,5 м и диаметром до 0,05 м. Они отмечены во мн. пещерах области. Реже встречаются тонкотрубчатые сталактиты-«соломинки», внутр. диаметр к-рых равен 3—4 мм, толщ. стенок до 1—2 мм. В дл. они могут достигать 2—3 м и более. Подобные образования отмечены только в 2 пещерах: Соломенная и Кумовая Яма (Катав-Ивановский район). Геликтиты — эксцентрич. сталактиты сложного строения, входящие в подгруппу аномальных сталактитовых образований. Встречаются в различных частях пещер (на потолках, стенах, занавесях, сталактитах) и имеют разнообразную форму (иглы, сложные спирали, скруч. эллипсы, крути, треугольники и др.). Для пещер Чел. обл.— редкое явление; зафиксированы лишь в пещерах Алёнушка, Киселевская, Поднебесная, Соломенная и нек-рых др. Скорость роста сталактитов зависит от интенсивности капели, степ. насыщенности раствора, характера испарения и особенно парциального давления углекислого газа; в разных подземных полостях и в различных природных условиях она изменяется от 0,03 до 35 мм в год. Сталагмиты формируются на полу карстовых полостей и растут навстречу сталактитам. Для них характерно строение с чередованием светлых и темных слоев (толщ, от 0,02 до 0,07 мм), свидетельствующее о сезонных циклах прироста (темные слои — летний период, светлые — зимний). Сталагмиты Южноурал. пещер имеют обычно небольшие размеры — до 1—1,5 м в выс. и до 30—40 см в диаметре. В Чернышёва Ф. Н. пещере обнаружен сталагмит выс. 1,6 м и диаметром до 0,5 м. При соединении (срастании) сталактитов и сталагмитов образуются колонны-сталагнаты. В кальцитовых образованиях (сталактиты, сталагмиты и др. натечно-капельные формы) обнаружено более 20 различных микроэлементов, среди к-рых преобладают барий, железо, кобальт, магний, марганец, медь, никель, свинец, хром, цинк. Неравномерное распределение этих элементов объясняет различия в окраске натечных образований и их «пятнистую» люминесценцию (способность светиться в темноте после облучения лампой-вспышкой). Все формы натечно-капельных образований состоят в осн. из кальцита, на долю к-рого приходится 92—100%. К коломорфным образованиям относятся кальцитовые плотины (гуры), коры, пленки, пещерный жемчуг (оолиты) и лунное (кам.) молоко. Кальцитовые плотины образуются в горизонтальных или наклонных ходах пещер в результате выпадения из водных потоков карбоната кальция. Очертания их обычно имеют форму изогнутой дуги или замкнутого круга неправильной формы. Площадь, замкнутая в границах таких плотин, изменяется в широких пределах: от неск. квадратных сантиметров до десятков квадратных метров; глубина — от неск. сантиметров до 1 м и более. Значит. по размерам сухие и заполн. водой гуры отмечены в пе- щерах Аленушка, Киселевская, Колокольная, Майская, Чернышева Ф. Н. В последней обнаружен целый каскад микрогуров общей шир. 3—4 м, общей выс. 2 м (площадь отд. гуров 1,5—2 см2). Кальцитовая пленка обычно образуется на водной глади небольших стоячих подземных озер или в гурах, заполн. высокоминерализ. водой. Состоит из мельчайших кристалликов кальцита, к-рые свободно плавают на поверхности воды в виде отд. пятен или сплошной пленки. Подобные формы обнаружены в гурах пещеры Колокольной и в гроте «Сказка» пещеры Майской. Кальцитовая кора формируется у основания стен, по к-рым стекает просочившаяся в пещеру вода. Поверхность ее неровная, бугристая, напоминающая волновую рябь; мощность от 5—10 до 40—50 см. Кальцитовая кора отмечена во мн. пещерах области (Киселевская, Колокольная, Кургазакская, Майская, Плутония, Соломенная, Сухая Атя, Чернышева Ф. Н.). Наиболее крупные ее проявления в виде своеобразных «кальцитовых рек» зафиксированы в пещерах Чернышева Ф. Н. (дл. 15 м, шир. до 5 м), Соломенная (дл. 7 м, шир. от 1 до 2 м). Пещерный жемчуг — довольно редко встречающееся образование. Формируется в неглубоких подземных озерах, к-рые питаются падающими с потолка каплями или струйками воды, насыщ. карбонатом кальция. Обязат. условием для образования жемчужин является их непрерывное вращение в воде. В разрезе они имеют концентрич. строение, ядром зарождения являются зерна кварца, кальцита, комочки глины или органич. остатков. Цвет жемчужин белый или желтоватый, поверхность гладкая, глянцевая, матовая или шероховатая. Форма бывает овальной, эллипсовидной, сферич. или неправильной; размеры в поперечнике — от 5 до 14 мм. Пещерный жемчуг обнаружен в пещерах Аленушка, Киселевская и Колокольная. Лунное (кам.) молоко (монд-мильх) представляет собой типичный коллоид и покрывает стены и своды пещер на участках, где вода выступает из узких трещин и в условиях слабого испарения сильно разжижает горную породу. По внеш. виду напоминает известковое тесто или сметанообразную массу. В образовании этого коллоидного агрегата кальцита участвуют особого рода бактерии. Лунное молоко имеется во мн. пещерах области, наибольшие скопления отмечены в пещерах Белая Царица, Грибная (Катав-Ивановский район), Майская, Малая Покровская Яма, Чернышева Ф. Н., гроте Юношеском. В пещерах Чернышева Ф. Н. и Грибная толщина отложений подобного рода достигает 10—15 см. Кристаллитовые образования формируются из различных автохтонных минералов: арагонита, галита, гипса, кальцита. Встречаются на стенках, потолках и полу только в сухих участках пещер. Для подземных полостей Чел. обл. такие образования чрезвычайно редки; обнаружены только в виде щеток кристаллов кальцита во вскрытых пустотах пола и кальцитовой реке пещеры Соломенной и кристаллов разнообразных цветовых оттенков неустановл. состава на стенах и обвальных глыбах в шахте Косолапкина.
Гидротермальные отложения встречаются сравнительно редко и только в терм. полостях и тектонич. трещинах, проработ. горячими глубинными подземными водами и позднее переработ. холодными потоками в пещеры. В зависимости от изменения темп-ры в них происходило выпадение из вод арагонита, барита, исландского шпата, кальцита, киновари, лимонита, малахита, флюорита и др. В Челябинской обл. гидротерм. отложения обнаружены лишь в Фёдоровых пещере, шахте Косолапкина (кристаллы исландского шпата) и пещере Салаватской (заполн. кристаллами кальцита тектонич. трещина свода).
Гляциогенные (ледяные) образования являются частью земной криосферы и формируются в пещерах, где темп-ра круглый год не поднимается выше 0 °C. Образование пещерного льда зависит от микроклимата подземной полости (см. Микроклимат пещер) и происходит в холодные периоды. Различают 2 вида гляциогенных образований: сезонные и многолетние (вековые), к-рые, в свою очередь, подразделяются в зависимости от происхождения на 4 осн. типа: сублимационные, инфильтрационные, конжеляционные и гетерогенные. Сублимационные имеют вид ледяных кристаллов; формируются в результате взаимодействия относительно теплого влажного воздуха, поднимающегося из глубины подземной полости, с охлажд. стенами и сводами пещеры. Ледяные кристаллы принимают самую разнообразную форму (игольчатую, листовидную, папоротниковидную, пирамидальную, прямоугольно-пластинчатую); начинают расти в начале зимы и сохраняются до середины — конца весны. Большие скопления подобных кристаллов отмечаются в привходовых частях пещер Игнатиевская, Киселевская, Кургазакская, Плутония, Сугомакская, Сухая Атя, Шемаханская, Шемахинская-2, Шумиха, Эссюмская, шахте Южная. К инфильтрационному типу относятся ледяные сталактиты, сталагмиты и сталагнаты, имеющие натечно-капельное гидрогенное происхождение и образующиеся в результате перехода просачивающейся с поверхности или из глубины карстового массива воды в твердую фазу. Характеризуются разнообразием форм и размеров (в дл. и выс.— от 10—15 см до 2—3 м, в диаметре — до 0,5 м). Отмечены в большинстве пещер области, но особенно выделяются ледяные сталагмиты пещеры Сухая Атя (выс. до 2—2,5 м) и сталактиты грота Юношеского (дл. до 4—5 м). Конжеляционные образования представлены льдом подземных озер и рек, образующимся в холодное время года в привходовых частях пещер. Происхождение его гидрогенное. При замерзании подземных водоемов иногда формируются кристаллы в виде 6-конечных звезд толщ. 1 мм и до 10 см в поперечнике. Площадь поверхности речного льда и его толщина обычно невелики. Проявления сезонного льда на подземных реках и озерах зафиксированы в гроте «Ривьера» пещеры Эссюмской (проточное озеро — часть подземного русла р. Сим), пещерах Водяная Катав-Ивановского района (остаточное озеро), Шумиха (остаточные озера карстового родника Шумиха). Площади конжеляционных образований на этих водоемах от 20—30 до 70 м. Наиб. значит. оледенение отмечено в пещере-источнике Шемахинская 1 (Нязепетровский район). К концу осени в ее привходовой части образуется остаточное подземное озеро (шир. от 2 до 5—6 м, протяженностью 300 м) глуб. до 2,5 м. Зимой на участке ближе к входу оно промерзает до дна; кромка льда к концу зимы продвигается в глубь пещеры на 120—130 м. Площадь оледенения достигает 500 м2 и более. Гетерогенный — смешанный тип ледяных образований, формирующихся на стенах и полу проходов и гротов в виде коры оледенения и покровного льда подземных ледников. Образуется за счет застывания стекающей по стенкам воды, сублимации водяных паров и аккумуляции попадающего с поверхности снега с последующим превращением его в фирн и лед. Мощность покровного льда изменяется от неск. сантиметров до неск. метров, он бывает сезонным или многолетним с четко выраж. слоями накопления. Минерализация пещерных льдов достигает 0,21%, в них содержатся в незначит. кол-вах различные микроэлементы (алюминий, железо, марганец, медь, стронций, титан и др.). Различают льды пресные [с кол-вом растворимых веществ до 0,1% (1 г/л)] и солоноватые (0,1—1%). Пресные встречаются обычно в карбонатных (известняковых), солоноватые — в сульфатных (гипсовых) пещерах.
Обвальные отложения — обязат. компонент карстовых и псевдокарстовых полостей всех классов; формируются из обломочных продуктов обрушения сводов. Подразделяются на 4 генетич. группы: термогравитационные (привходовые), обвально-гравитационные (глыбы, щебень), провально-гравитационные (провалы перекрытий этажей, сводов пещер и днищ карстовых воронок) и сейсмогравитационные (обрушение или смещение блоков горных пород). В пещерах Чел. обл. наблюдаются все 4 группы обвальных отложений. Термогравитационные локализуются в привходовых частях пещер, в зоне, где суточные и сезонные колебания темп-р значительны и происходят процессы т. н. морозного выветривания (вследствие этого входные отверстия пещер увеличиваются, на полу накапливаются щебень и мелкозем, кол-во и состав к-рых, размеры, степ. окатанности, слоистость дают ценную информ. о палеогеографии и палеоклимате региона). Наиб. ярко это проявилось во входных частях недлинных пещер [Большая Усть-Катавская, Лыковая (Саткинский район), Тоннельная (Катав-Ивановский район), Учительская] и входных гротах с большими входами (Голубиный в пещере Кургазакской и др.). Обвально-гравитационные отложения формируются на всем протяжении карстовых полостей, но особенно обильны они в зонах тектонич. нарушений и интенсивной трещиноватости. Представлены обычно дресвой, щебнем, глыбами вмещающих пород различных размеров (от неск. сантиметров до 2—6 м и более в поперечнике). Отмечены практически во всех пещерах области и различаются только объемами. Наиб. значит. зафиксированы в пещерах Игнатиевская, Киселевская, Колокольная, Кургазакская, Майская, Плутония, Соломенная, Сухая Атя, Шумиха. В пещере Киселевской обнаружена огромная монолитная глыба — плита известняка, отслоившаяся от свода по трещине напластования. Ее размеры примерно 15×25 м, толщ. 1 м, вес превышает 1000 т. Провально-гравитационные отложения локальны и образуют конусы из обломков горных пород выс. до 10—15 м и более, объемом до 200—1000 м3. Отложения этого типа встречены в шахтах Косолапкина, Олимпийская, пещерах Казачий Стан, Киселевская, Комсомольская, М. Покровская Яма, Нижняя Провальная Яма, Шалашовская, Шемахинская-2 и др. Сейсмогравитационные отложения в подземных полостях Чел. обл. чрезвычайно редки, отмечены только в пещерах Саткинского района в зоне Юж.-Урал. бокситовых рудников (Межевой лог). Часть обвальных накоплений в гротах Энтузиастов и Молчания пещеры Кургазакской, а также в гроте Большой завал пещеры Шумиха появилась под воздействием техногенного фактора — в результате взрывных работ при стр-ве и эксплуатации бокситовых шахт Блиновская и Кургазакская и последующего воздействия сейсмич. волн на неустойчивые своды гротов полостей.
Органогенные отложения — небольшие по мощности проявления фосфатов, скопления помета летучих мышей, зверей и птиц, населяющих привходовые части пещер, костяной брекчии, фосфоритовой земли (глины, обогащ. фосфором) и биогенной калийной селитры. В пещерах Южного Урала такие отложения обычно невелики и представляют большой интерес для палеонтологов, палеозоологов, археологов и минералогов. В Челябинской обл. встречены в пещерах Жилище Коз, Каминная, Сысоева А. Д., Палласа П.-С. пещере, гроте Юношеском (Саткинский район), Зуевская, Игнатиевская (Катав-Ивановский район), Бадера О. Н., небольших карстовых нишах и гротах на г. Куликовой (Ашинский район) и мн. др. подземных полостях. В 18 в. в пещерах Игнатиевская и Палласа П.-С. местное башк. население добывало «селитренную землю» (биогенную калийную селитру) для изготовления пороха.
Остаточные отложения образуются в результате выщелачивания вмещающих карстующихся пород и формируются путем отложения или переотложения нерастворимого остатка. Аккумулируются на стенках и дне пещер. Растворимые карстовые породы, в к-рых развиваются пещеры, содержат 2—4% (реже 5—8%) нерастворимых глинистых и песчаных частиц. В 1 м3 раствор. водой известняка содержится ок. 140 кг (70 тыс. см3) остаточных глин. Верхняя часть толщ остаточных глин состоит преим. из тонкодисперсных частиц, ниж.— из неравномернозернистых (в их составе преобладают частицы размером от 0,1 до 0,01 мм). Выделить «чистые» остаточные отложения пещерной глины достаточно трудно, т. к. они часто смешаны с мат-лами иного происхождения, принес. с поверхности водными потоками. Кроме того, установлено, что остаточные глины могут возникать также в результате жизнедеятельности особого вида бактерий, способных усваивать углерод непосредственно из известняков, образуя на стенках и сводах пещер узоры из т. н. глинистой вермикуляции [пещеры Водяная (Катав-Ивановский район), Казачий Стан, Киселевская, Сухая Атя и мн. др.]. Пещерная глина образует различные скульпт. формы: сталактиты, сталагмиты, каскады (пещеры Комсомольская, Огурцова, Сухая Атя). На участках пещер с мощными глинистыми отложениями при отрицат. темп-ре или пониж. влажности воздуха на их поверхности образуется сетка полигональных трещин — своеобразный «пещерный такыр» (зал Глиняных такыров пещеры Сухая Атя, полости Шемахинская 2, Эссюмская). Остаточные глинистые отложения в различных объемах имеются в большинстве пещер Чел. обл.; наиб. значит. скопления отмечены в пещерах Аверкиева Яма, Данко, Игнатиевская, Казачий Стан, Киселевская, Комсомольская, Кургазакская, М. Игнатиевская, Минкская, Ниж. Провальная Яма, Плутония, Притон, Сухая Атя, Шемахинская 1 и 2, Шумиха, Эссюмская, Миклухо-Маклая Н. Н. пещере.
